Как стволовые клетки крови переключаются из спящего состояния в активное

Стволовые клетки крови существуют в двух состояниях — пассивного поддержания собственной численности и активного замещения погибших клеток крови. Учёные выяснили, что переключение между этими их состояниями осуществляется с помощью окружающих костных клеток.

Наши клетки обновляются благодаря стволовым клеткам: они не столь всемогущи, как эмбриональные, но восстановить повреждения органа или ткани вполне способны. Например, гематопоэтические стволовые клетки дают начало нескольким типам клеток кровяных, и без них было бы нельзя восстановиться после кровопотери. Кроме того, не следует забывать о том, что клетки стареют и умирают естественным образом, и в этом случае их тоже нужно постепенно заменять.

Но стволовые клетки должны как-то поддерживать и собственную популяцию, чтобы не израсходоваться целиком на дифференцированные, специализированные клетки. Исходя из этих соображений, была создана модель (получившая экспериментальное подтверждение на стволовых клетках крови), в которой существуют две популяции стволовых клеток. Одни тихо сидят на своём месте и делятся чрезвычайно редко, всего несколько раз в год: они просто поддерживают число стволовых клеток. И есть другие, активные стволовые клетки, быстро делящиеся и восполняющие запас клеток крови. Причём эти виды находятся в разных местах и в разном микроокружении. Активно делящиеся клетки живут в центральной части костного мозга в компании с эндотелиальными и соединительнотканными периваскулярными клетками. Спящие стволовые клетки можно найти в трабекулярных отделах, которые располагаются в концах костей.

Как происходит распределение клеток между этими популяциями? Как стволовая клетка понимает, что она должна сидеть и поддерживать линию стволовых клеток или же устремиться заполнять потерю дифференцированных? Исследователи из Института медицинских исследований Стауэрса (США) смогли увидеть, как и от кого стволовая клетка получает инструкции о своём будущем. Ключевыми тут оказались два белка — Flamingo (Fmi) и Frizzled 8 (Fz8). Первый отвечает за прикрепление клетки к поверхности, второй — мембранный рецептор. И тот и другой входят в разветвлённый сигнальный путь Wnt, с помощью которого регулируется деятельность стволовых клеток кишечника и волосяных сумок.

Оказалось, что непосредственными инструкторами стволовых клеток крови являются остеобласты, молодые костные клетки. В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи описывают, как проходит диалог между двумя типами клеток. Белки Fmi и Fz8 группируются в месте контакта остеобласта и стволовой клетки крови. В результате активируется тот вариант сигнального пути Wnt, который действует на клетки успокаивающе. Мыши, у которых отключали белки Fmi и Fz8, лишались запаса дремлющих столовых клеток, а у их напарников, которые должны были восстанавливать клетки крови, активность подавлялась на 70%.

При стрессе, при уменьшении активно делящихся клеток, наоборот, активизировалась та ветка сигнального пути, которая «будоражит» клетки, и гематопоэтические клетки запаса просыпались и восполняли число тех, кто должен был следить за балансом дифференцированных клеток крови.

Итак, учёным удалось установить, что определяющую роль в судьбе стволовой клетки играет её окружение и инструкции предаются комбинацией двух поверхностных белков. Когда всё нормально, костные клетки успокаивают стволовые клетки крови, и те продолжают спать и во сне поддерживать собственную линию. Ну и, разумеется, есть надежда, что эти данные можно будет реализовать на практике: если научиться переключать сигнальный путь со спящего сценария на активный, можно будет быстро восполнять число клеток крови в случае кровопотери или иммунного расстройства.

Подготовлено по материалам Института медицинских исследований Стауэрса.